Principios de vuelo · tema 11

Vuelo

11 conceptos35 preguntas25 % de fallo medioLectura: 12 min
En 30 segundos
  • Estable es equilibrio: nivelado, L = W y T = D; subiendo, la sustentación es algo menor que el peso y sobra tracción.
  • Con la palanca quieta, la potencia sube o baja el avión; para acelerar nivelado, más potencia y morro abajo.
  • Por debajo de una envergadura del suelo cae la resistencia inducida: el avión flota en la toma y se va antes al aire.
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Fuerzas en vuelo recto: equilibrio y transiciones

Perfil de ascenso en 3DAvión de ejemplo, 450 kg a 55 kt (Vy) · trayectoria ×4 · tracción y resistencia ×5 · entrada y salida en 5 s
Azul: sustentación y tracción · gris: resistencia · raya: largo del peso
Factor de carga
0,99
Sustentación
99 % del peso
Tracción − resist.
+57 kgf
Trayectoria
+7,2°
Momento
700 ft/min
A 55 kt: 7,2° de trayectoria en el ascenso estable.

En el ascenso recto y estable, la sustentación solo sostiene la parte del peso perpendicular a la trayectoria: 446 kgf, algo menos que el peso (99 %, n = 0,99). Lo que sube el avión es la tracción de más: 114 kgf frente a 57 kgf de resistencia, y la diferencia vence la componente del peso a lo largo de la trayectoria, 57 kgf.

  1. 1 · NiveladoL = W · T = Dn 1,00 · L 450 kgf · T − D 0 kgf
  2. 2 · Entra en ascensoL > W mientras la trayectoria se curvan 1,07 · L 482 kgf · T − D 28 kgf
  3. 3 · Ascenso estableL algo menor que W · T = D + W·sen γn 0,99 · L 446 kgf · T − D 57 kgf
  4. 4 · NivelaL < W mientras la trayectoria se curvan 0,93 · L 416 kgf · T − D 28 kgf
  5. 5 · Acelera niveladoL = W · T > D: gana velocidadn 1,00 · L 450 kgf · T − D 56 kgf
Azul: sustentación y tracciónGris: resistencia · hacia abajo: peso · raya: largo del pesoAvión de ejemplo a 55 kt y 700 ft/min · diferencias entre L y W ×3, ángulos exagerados
Régimen estableSustentaciónTracciónQuién pone lo que falta
Recto y niveladoIgual al pesoIgual a la resistenciaNadie: las fuerzas se anulan dos a dos. n = 1
AscensoW·cos γ: algo menor que el pesoResistencia + W·sen γLa tracción de más, que sale de la potencia excedente
Descenso con motorW·cos γ: algo menor que el pesoResistencia − W·sen γLa componente del peso a lo largo de la trayectoria
PlaneoW·cos γ: algo menor que el pesoCeroToda la componente del peso: W·sen γ iguala a la resistencia

Con la tracción a tu mando y las cuatro fases fijas: las cuatro fuerzas en 3D.

Equilibrio
Las fuerzas se anulan y el avión sigue en línea recta a velocidad constante. Puede estar nivelado, subiendo o bajando.
Vuelo estabilizado
Trayectoria, velocidad y régimen constantes. Es lo que el examen da por hecho en «en ascenso a 500 ft/min» o «en vuelo nivelado».
Ángulo de trayectoriaγ
Ángulo entre la trayectoria y el horizonte. A 55 kt, subir a 700 ft/min son unos 7°.
Componentes del pesoW·cos γ · W·sen γ
En ascenso o descenso el peso se reparte: una parte perpendicular a la trayectoria, que sostiene la sustentación, y otra a lo largo de ella, que frena al subir y empuja al bajar.
Transición
Paso de un régimen a otro: la trayectoria se curva o la velocidad cambia. Solo mientras dura deja de haber equilibrio.
FinezaL / D
Sustentación entre resistencia. En planeo sin viento es también la distancia que recorres por cada metro de altura (polar y fineza máxima).
Por qué pasa

Un avión que va en línea recta a velocidad constante no acelera, así que sus fuerzas suman cero, suba, baje o vaya nivelado. Nivelado, la sustentación iguala al peso y la tracción a la resistencia. Subiendo estable, la sustentación solo sostiene la parte del peso perpendicular a la trayectoria, W·cos γ, y queda algo por debajo del peso. La otra parte, W·sen γ, frena, y la vence la tracción de más.

La sustentación solo supera al peso mientras la trayectoria se curva hacia arriba, al entrar en el ascenso; al nivelar queda por debajo (recogida y empuje). La tracción solo supera a la resistencia si subes o aceleras: ya nivelado con la potencia de subida, el avión gana velocidad hasta que reduces. En planeo no hay tracción y la componente del peso hace de motor (planeo con el motor parado).

Quédate con
  • Estable es equilibrio: las fuerzas suman cero.
  • Subiendo estable: L algo menor que W y T mayor que D.
  • L mayor que W solo mientras la trayectoria se curva hacia arriba.
Ejemplo resuelto · ascenso a Vy (avión de ejemplo)
Datos
450 kg · 55 kt = 28,3 m/s · 700 ft/min = 3,56 m/s
Trayectoria
sen γ = 3,56 / 28,3 = 0,126 → γ ≈ 7,2°
Sustentación
450 × cos 7,2° ≈ 446 kgf: el 99 % del peso
Peso que frena
450 × 0,126 ≈ 57 kgf a lo largo de la trayectoria
Resultado
L 446 < W 450 kgf · T ≈ 114 kgf frente a D ≈ 57 kgf
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Potencia y palanca: subir o acelerar

Potencia y palanca en 3DAvión de ejemplo, 450 kg, nivel del mar ISA · potencia útil constante con la velocidad · altura ×3, actitud ×3 · aviones no a escala
Arriba, palanca quieta · abajo, mantienes la altura · raya vertical: 90 kt en 1 minuto
Palanca quieta
90 kt · +490 ft/min
Mantienes la altura
102 kt
Ángulo de ataque
−1,1° → −1,7°
En 1 minuto
+490 ft · +0,19 NM
100 %
Referencia: 90 kt nivelado al 75 %. Mínimo para volar nivelado: ≈ 35 %, a 47 kt.

Con la palanca quieta el ángulo de ataque no cambia: el avión azul sigue a 90 kt y la potencia de más lo sube a +490 ft/min. Para mantener la altura tienes que bajar un poco el morro: el otro acelera hasta 102 kt, con −1,7° de ángulo de ataque en vez de −1,1°, hasta que la resistencia vuelve a igualar a la tracción.

Azul: potencia necesaria para volar niveladoRojo: zona de mando invertidoAvión de ejemplo, 450 kg, nivel del mar ISA · IAS en kt · % de la potencia máxima útil
QuieresPotenciaPalancaQué pasa
Subir sin cambiar de velocidadMásSujeta la velocidadSube; el régimen lo marca la potencia
Bajar sin cambiar de velocidadMenosSujeta la velocidadBaja con la misma velocidad
Acelerar niveladoMásMorro algo más bajoMenos ángulo de ataque para la misma sustentación
Frenar niveladoMenosMorro algo más altoMás ángulo de ataque para sostener el peso más despacio
Subir sin tocar el gasIgualMorro arribaCambias velocidad por altura: sube un rato y frena

La palanca manda la velocidad; la potencia, si subes o bajas. Es la misma regla en el ascenso, el crucero, el descenso, la aproximación, sin anemómetro y en las maniobras fundamentales.

Palanca quietacompensado
No mueves el mando de profundidad y el compensador lo sujeta. El ángulo de ataque no cambia y, con él, tampoco la velocidad.
Potencia necesaria
La que pide volar nivelado a una velocidad: resistencia × velocidad. Crece al ir muy lento y al ir muy rápido.
Velocidad de mínima potencia47 kt de ejemplo
La que menos potencia pide para volar nivelado. Separa las dos regiones de la curva de potencia necesaria.
Mando invertidosegundo régimen
Región entre la pérdida y la velocidad de mínima potencia. Ahí, para ir más despacio sin bajar, hace falta más potencia, no menos.
Potencia excedente
La que sobra sobre la necesaria (potencia y régimen). Con la palanca quieta sube el avión; si mantienes la altura, lo acelera.
Por qué pasa

Con la palanca quieta, el ala vuela con el mismo ángulo de ataque y, para sostener el peso, necesita la misma velocidad. Si das potencia, la tracción sobrante no puede acelerar al avión: lo sube. Si la quitas, baja. Por eso la potencia decide si subes o bajas, y la palanca, a qué velocidad vas.

Para acelerar sin subir hay que bajar un poco el morro: más deprisa, el ala sostiene el mismo peso con menos ángulo de ataque, y el avión gana velocidad hasta que la resistencia iguala a la tracción. Para frenar nivelado, al revés. Por debajo de la velocidad de mínima potencia la regla se invierte: ir más despacio pide más potencia y, si tiras sin darla, el avión se hunde hacia la pérdida.

Quédate con
  • Palanca quieta: la potencia sube o baja el avión.
  • Acelerar nivelado: más potencia y morro abajo.
  • Frenar nivelado: menos potencia y más ángulo de ataque.
Ejemplo resuelto · +25 % de potencia desde el crucero (avión de ejemplo)
Datos
90 kt al 75 % · 450 kg · potencia máxima útil ≈ 43,8 kW
Sobrante
25 % × 43,8 ≈ 11,0 kW
Palanca quieta
11.000 ÷ (450 × 9,81) ≈ 2,5 m/s ≈ 490 ft/min, a 90 kt
Manteniendo la altura
la necesaria llega a 43,8 kW hacia 101 kt
En 1 minuto
+490 ft, o 0,19 NM más lejos sin subir
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Efecto suelo: el ala cerca de la pista

Azul: cuánto baja la resistencia inducidaEje: altura del ala en envergaduras (b) y en metros con 9,6 m de envergaduraCurva empírica clásica, la misma de la escena de despegue
FaseQué notasPor quéQué haces
TomaEl avión flota y alarga el planeo justo encima de la pistaCae la resistencia inducida y el planeo se aplanaLlegar a la velocidad correcta: cada nudo de más es más flotación (recogida y toma)
DespegueSe va al aire antes y a menos velocidadCon el mismo ángulo de ataque hay algo más de sustentación y menos inducidaNo forzarlo: acelerar dentro del efecto suelo hasta la velocidad de ascenso (efecto suelo en 3D)
Al salir del efecto sueloSube menos, o se hunde si vas lentoVuelve la inducida completa y hace falta más potenciaTener la velocidad de ascenso antes de dejar el colchón: si vas lento, estás en mando invertido
Efecto suelo
Mejora del ala muy cerca del suelo: el suelo frena la corriente descendente y los torbellinos de punta de ala, y baja la resistencia inducida.
Altura relativah / b
Altura del ala sobre el suelo dividida por la envergadura. Es lo que cuenta, no la longitud del avión; por eso el ala baja lo nota más.
Flotación
Tramo en que el avión, ya nivelado sobre la pista, sigue volando y gasta velocidad sin llegar a tocar.
Salida del efecto suelo
Al subir más allá de media envergadura, la resistencia inducida vuelve a la normal y el avión pide más potencia.
Por qué pasa

El ala sostiene el avión empujando aire hacia abajo, y ese aire forma los torbellinos de punta de ala. Cerca del suelo, la corriente descendente no tiene sitio para bajar: los torbellinos se debilitan y la resistencia inducida cae. No hay una frontera: se nota por debajo de una envergadura, es claro por debajo de media, y a una décima de la envergadura la inducida baja casi a la mitad.

En la toma, con menos resistencia, el planeo se aplana y el avión flota; con velocidad de más, flota más y toca lejos. En el despegue te deja volar a una velocidad con la que todavía no podrías subir; al dejar el colchón vuelve la inducida completa y, si vas lento, el avión se hunde.

Quédate con
  • El efecto suelo se nota por debajo de una envergadura de altura, y claro por debajo de media.
  • En la toma, con efecto suelo el avión flota y alarga el planeo.
  • En el despegue, con efecto suelo el avión se va antes al aire; no fuerces el ascenso.
Ejemplo resuelto · ruedas a 0,5 m en la recogida (envergadura de 9,6 m)
Ala baja, a 1,0 m
1,0 ÷ 9,6 ≈ 0,10 b → −47 % de inducida
Ala alta, a 2,6 m
2,6 ÷ 9,6 ≈ 0,27 b → −21 %
Ala a 4,8 m
0,5 b → −7 %
Ala a 10 m
≈ 1 b → ya no se nota
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Turbulencia: margen a la pérdida y a la estructura

VelocidadMargen a la pérdidaMargen estructuralCon una ráfaga fuerte
Cerca de Vs1 o de VxPocoMuchoLleva el ala al ángulo crítico: pérdida momentánea
Va o la de penetración del manualSuficienteSuficienteEl ala entra en pérdida antes de pasar +4 g: la pérdida protege la estructura
Por encima de Va, en el arco amarilloMuchoPocoPuede pasar el límite de carga sin entrar en pérdida

Avión de ejemplo: Vs1 35 kt (65 km/h), Va 70 kt (130 km/h) a 450 kg y límite de +4 g. Con menos masa, Va es menor.

Turbulencia
Movimiento irregular del aire (rachas). Cada ráfaga vertical cambia el ángulo de ataque y la sustentación sin que toques los mandos.
Margen a la pérdida
Lo que te queda, en ángulo de ataque o en velocidad, antes de llegar al ángulo crítico. La turbulencia se lo come.
Velocidad de maniobraVa
Por debajo, el ala entra en pérdida antes de que la estructura llegue a su límite. Baja con la masa (Va con masa y altitud).
Envolvente V–n
Diagrama de velocidad y factor de carga con la curva de pérdida y los límites estructurales (la envolvente). Fuera de ella, pérdida o daño.
Resistencia estructural
Carga que aguanta la estructura sin quedar deformada: el factor de carga límite, +4 g en el ejemplo (la estructura bajo carga).
Factor de cargan
Sustentación entre peso: 1 en recto y nivelado (qué es). Una ráfaga lo sube o lo baja de golpe.
Por qué pasa

Una ráfaga vertical inclina el viento relativo y cambia el ángulo de ataque de golpe. A poca velocidad el cambio es grande y el ala llega antes al ángulo crítico: la turbulencia reduce el margen a la pérdida. A mucha velocidad el cambio es menor, pero cada grado da más sustentación y el factor de carga se dispara.

Entre los dos riesgos está Va, o la velocidad de penetración que dé el manual: ahí una ráfaga fuerte hace entrar el ala en pérdida antes de pasar el límite estructural. Los números y las escenas están en ráfagas y carga alar y la técnica, en turbulencia y cizalladura.

Quédate con
  • Turbulencia: menos margen a la pérdida.
  • Turbulencia fuerte: Va o la del manual, nunca en el amarillo.
  • Más velocidad, más carga con la misma ráfaga.
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Números que caen

L = W · T = DRecto, nivelado y a velocidad constante: las fuerzas opuestas son iguales.
L ≈ 0,99 WAscenso estable a 700 ft/min y 55 kt: la sustentación es algo menor que el peso; lo que sobra es tracción.
< 1 envergaduraAltura del ala a la que se nota el efecto suelo; es claro por debajo de media envergadura.
≈ −50 %Resistencia inducida con el ala a una décima de la envergadura sobre el suelo.
Fineza = d ÷ hDistancia entre altura. «12:0,7» es 12 ÷ 0,7 ≈ 17:1, mejor que 10:1. Con fineza 10, 1.000 ft (305 m) dan unos 3 km.
Va = Vs1 × √nAvión de ejemplo: 35 × √4 = 70 kt (130 km/h) a 450 kg.
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Trampas del examen

Opción incorrecta más elegida en las preguntas del tema · % de fallo real

Error típicoEl flotamiento por efecto suelo es más evidente a unas dos envergaduras del suelo.
CorrectoPor debajo de una envergadura, y más cuanto más cerca: a una décima, la inducida baja casi a la mitad.
37 %86 resp.
Error típicoSubiendo estable a 500 ft/min, la sustentación es mayor que el peso.
CorrectoEs algo menor. Lo que sobra es tracción: el empuje es mayor que la resistencia.
65 %17 resp.
Error típicoEn vuelo nivelado, el empuje es mayor que la resistencia y la sustentación igual al peso.
CorrectoNivelado y a velocidad constante, las fuerzas opuestas son iguales: T = D y L = W. T > D solo mientras aceleras.
50 %16 resp.
Error típicoEn el despegue, el efecto suelo proporciona una subida repentina de altitud.
CorrectoAumenta la sustentación y reduce la resistencia inducida: el avión se va antes al aire, pero no sube solo.
33 %18 resp.
Error típicoEn vuelo, la potencia aumenta o disminuye la velocidad.
CorrectoCon la palanca quieta, la potencia sube o baja el avión. La velocidad la manda la palanca.
29 %17 resp.

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